游离碳

游离态的物质

游离碳（F.C)是一种游离态的物质，一般用在工业碾磨和表面处理上的工业磨料。日常生活中常见的有黑色铅笔芯，石墨。

简介

游离态在化学上，指一元素不与同种元素化合，而能单独存在的状态。元素以单质形态存在则为游离态。不同金属的化学活动性不同，它们在自然界中存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、银。

简单的说游离碳和化合物相对，不易化合或很易从化合物中分离的碳，就是单质的碳，元素以单质形态存在叫游离，游离碳就是以单质存在的碳元素。

硬质合金（WC)中碳化钨理想的碳含量是6.13%的质量比，当含碳量过高时，产品中将有明显的渗碳组织。产品终会有明显多余的游离碳。

游离碳会极大降低碳化钨硬质合金的强度与耐磨性。

金相检测中C型孔表示了渗碳的（C-type):游离碳。

影响

化学成分对磨料性质影响较大,对碳化硅磨料而言，碳化硅含量越高，其硬度与磨削性能就越好，一级品碳化硅结晶块通常含有98%左右SiC，杂质（主要有二氧化硅、硅、碳、铁、铝、钙、镁）约占2%。刚玉中化学成分同样对磨料性质有较大影响，白刚玉由于比棕刚玉中Al2O3含量高，因而其硬度高于棕刚玉，性脆，具有良好切削性能；黑刚玉因Al2O3含量较低，故其硬度较低，而韧性较好，适用于制作涂附磨具。其它化学成分存在及含量多少，对刚玉性质也有较大影响，棕刚玉中TiO2含量增加，能使刚玉韧性增加；白刚玉中Na2O一种有害成分，由于它存在使得生成β——Al2O3结晶硬度降低，切削性能差，易破碎；如果在白刚玉冶炼过程中加入Cr2O3 ZrO2等化学成分，可以制造成铬刚玉、锆刚玉，使白刚玉性能得到改善，提高其韧性。

存在形式

最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。

1. 金刚石（diamond）

最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。主要作用：装饰品、切割金属材料等

2.石墨（graphite）

石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层只见键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。主要作用：制作铅笔，电极，电车缆线等

3.富勒烯（fullerene）

1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。

4.其他碳结构

无定形碳（Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨）

碳纳米管（Carbon nanotube）

六方金刚石（Lonsdaleite，与金刚石有相同的键型，但原子以六边形排富勒烯

列，也被称为六角金刚石）

赵石墨（Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列）

汞黝矿结构（Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构）

纤维碳（Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维）

碳气凝胶（Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶）

碳纳米泡沫（Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性）

测定

目前，优质材料的开发在材料研究中占有及其重要的地位。众所周知，硬质合金的强度通常取决于合金的粘结剂量、碳含量和碳化物粒度等，游离碳过高，会直接影响合金的硬度、强度等性能。举例介绍一下气体容量法测定单晶碳化钨中的游离碳含量。单晶碳化钨是一种添加了少量铝、铁氧化物的新型高温烧结碳化物。

称取试样0.500 g～1.000g于一个铂金皿中，加入氢氟酸5 mI，硝酸10 mL，于沸水浴上加热溶解约15 min。补加氢氟酸5 mL，硝酸10 mI。，加热溶解约10 rain；再加硫酸一硫酸铵溶液4～5 mL，加热溶解约15 min；再加氢氟酸3 mL，硝酸5 mI。继续加热溶解约20 rain(若有钨酸或白色沉淀物生成，可补加2～3 m(氲氟酸使其溶解)。取下铂金皿于冷水中冷却，待不溶物沉于杯底后，用铂金钳夹住铂金皿上沿轻摇，若不溶物全部分散于溶液中，底部无沉淀，则说明碳化钨溶解完全；若摇动，底部少量沉淀聚拢不散开，说明有少量碳化钨未溶解，需继续水浴加热溶解。用酸洗石棉抽滤，热水洗12～14次，抽干，转入瓷舟中，放入温度为140℃的恒温干燥箱中烘1 h，于725℃管式炉中，预烧5 min，用气体容量法吸收两次，测定游离碳含量。

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